Zgazowanie biomasy. Technologia. Witold Warowny Politechnika Warszawska. Wydział Budownictwa, Mechaniki i Petrochemii ul. Łukasiewicza 17,

Transkrypt

1 Zgazowanie biomasy Technologia Witold Warowny Politechnika Warszawska Wydział Budownictwa, Mechaniki i Petrochemii ul. Łukasiewicza 17, Płock 1

2 1. Zgazowanie biomasy 2. Instalacje zgazowania 3. Energetyczne zastosowanie biopaliw II-giej generacji 2

3 Wprowadzenie Proces termicznej konwersji, w obecności tlenu lub/i pary wodnej, biomasy w postaci stałej do palnych gazów nazywa się jej zgazowaniem. Teoretycznie kaŝdy rodzaj biomasy stałej (zawierający przecieŝ podstawowe składniki C,H,O) po uprzednim jej osuszeniu (5-35% wilgoci) i uformowaniu do odpowiedniej postaci wsadowej moŝe być zgazowywana. Proces zgazowania składa się z szeregu procesów cząstkowych, w tym pirolizy, spalania, redukcji i reformingu. W reaktorze zgazowania z biomasy otrzymuje się gazowy produkt, który następnie jest oczyszczany i moŝe być wykorzystywany dwojako: 1. do produkcji energii cieplnej i elektrycznej (kotły, silniki, turbiny) 2. do produkcji paliw w katalitycznych procesach syntezy Zgazowanie biomasy jest dzisiaj postrzegane jako alternatywne źródło dla paliw konwencjonalnych, głównie jako technologia produkcji, na bazie gazu syntezowego (wodór + tlenek węgla), bio-paliw II generacji: wodór, metan, metanol, DME (dwu-metylo eter), metanol, benzyna Fischer- Tropscha, diesel Fischer Tropscha i mieszanina alkoholi (etanol, propanol, butanol i wyŝsze) 3

4 Wybrane elementy procesu zgazowania 1. Surowiec: biomasa w postaci stałej rośliny energetyczne (np. wierzba, topola, ) zasoby i odpady rolnicze (np. słoma, siano, kukurydza, łodygi) odpady z leśnictwa i przemysłu drzewnego (np. pnie, kora, ścinki, trociny, etc.) odpady komunalne (np. plastyk) 2. Postać biomasy pelety, brykiety, postać rozdrobniona, etc 3. Czynniki zgazowujące: tlen, powietrze, para wodna, nawet dwutlenek węgla i ich mieszaniny. 4. Parametry i warunki: temperatura i ciśnienie, współczynnik równowartości, warunki powierzchniowe, szybkość podawania, stan podgrzania i wartości kaloryczne reagentów, stopień przemiany i sprawności, zuŝycie ciepła, szybkość przepływu gazu, katalizatory, itd. 5. Procesy chemiczne i reakcje Reakcje pirolizy, spalania, redukcji, oczyszczania chemicznego, itd. 6. Procesy fizyczne np. transfer masy, odzyskiwanie ciepła, operacje (np. wprowadzenie substratów lub usuwanie popiołu). Rys. 1 Skład gazu obliczony jako funkcja współczynnika równowartości Source:Handbook of Biomass Gasification (ed. H.A.M. Knoef) Biomass Technology Group, The Netherlands, Produkt (gaz surowy): - substancje palne (wodór, tlenek węgla, lekkie węglowodory, głównie metan, siarka i inne) - substancje niepalne (dwutlenek węgla, azot, woda) - substancje toksyczne (tlenek węgla, związki siarki i azotu, chlor) 4

5 Plantacje roślin energetycznych Odpady z rolnictwa ŹRÓDŁA BIOMASY Odpady komunalne Zasoby rolnicze: słoma, siano, rzepak Odpady z przemysłu drzewnego Odpady z leśnictwa 5 Poleko, 22 listopada 2007

6 Charakterystyka biomasy (do zgazowania) - wartość opałowa - cięŝar nasypowy (gęstość) - skład elementarny - wilgotność - zawartość części lotnych - zawartość i skład popiołu (części mineralnej) - duŝa reaktywność - wewnętrzne katalizatory - zanieczyszczenia, np. alkalia, trucizny 6

7 Charakterystyka biomasy Wartość opałowa niektórych paliw Wartość opałowa [MJ/kg] ON Benzyna Łupiny z ryŝu Drewno Słoma Węgiel drzewny Typowa biomasa ma wartość opałową w zakresie MJ/kg w przeliczeniu na suchą masę 7

8 Charakterystyka biomasy 800 CięŜar naypowy (gęstość) paliw z biomasy i węgla bloczki drewniane wióry drewniane trociny kolby kukurydzy węgiel węgiel drzewny Gęstość [kg/m3]

9 Charakterystyka biomasy Biomasa Słoma Miskant olbrzymi (pelety) Drewno (pelety) Trociny z drewna Wartość opałowa [MJ/kg] 16,1-17,3 17,6 18,6 18,8 Zawartość wilgoci [%wag.] 15 8,7-10,1 8,3-8,6 10,4 Części lotne [%wag.] ,8-77,3 74,7-75,1 70,4 Zawartość popiołu [%wag.] 4,3-6,5 2,5-2,9 0,18-0,24 1,3 Biorąc pod uwagę tylko 3 podstawowe pierwiastki w biomasie jej strukturę chemiczną moŝna opisać za pomocą wzoru sumarycznego C 1 H 1,4 5O 0,7 Drzewo oliwne 15, ,1 3,0 Winorośl 15, ,6 2,7 Skład chemiczny C H O N Słoma 49,0 6,0 44,0 0,8 Olej rzepakowy 77,0 12,0 10,9 0,1 Drewno Bioetanol % wagowy 50,5 52 6, ,0 35 0,3 0 Węgiel kamienny 82,4 5,1 10,3 1,4 Węgiel brunatny , W skład substancji nieorganicznych biomasy wchodzą głównie związki krzemu, wapnia, magnezu, fosforu, sodu i potasu, przede wszystkim SiO 2, CaO, MgO, Na 2 O, K 2 O, podczas gdy w węglu: SiO 2, Al 2 O 3 i Fe 2 O 3. S 0,2 0,0 0,1 0 0,8 0.3 W wielu rodzajach biomasy znajduje się równieŝ chlor, w niektórych gatunkach słomy do 0,49 % wag, a w łodydze kukurydzy nawet 1,48 % wag. chloru 9

10 Etapy termicznego procesu konwersji biomasy Zgazowanie Piroliza karbonizat popiół Ciepło Biomasa gazy smoły smoły CO CO 2 H 2 CO 2 H 2 O H 2 O (para wodna) Kataliza O 2, powietrze Ciepło Spalanie Źródło:Handbook of Biomass Gasification (ed. H.A.M. Knoef) Biomass Technology Group, The Netherlands, O 2, (powietrze) 10

11 11

12 Piroliza biomasy Proces pirolizy (konwersja termiczna) zachodzi w temperaturze o C pod ciśnieniem 0,1 0,5 MPa bez uŝycia zewnętrznego czynnika utleniającego. Pirolizę moŝna prowadzić jako proces samodzielny lub jest ona realizowana jako stadium w procesie zgazowania. W warunkach pirolizy biomasa ulega rozkładowi na trzy fazy: - stałą (karbonizat, wegiel drzewny), - ciekłą (smoła, olej pirolityczny będący mieszaniną związków polarnych) - gazowe produkty pirolizy, zawierające głównie H 2, CO, CO 2, CH 4, C 2 H 6, C 2 H 4, C 3 H 8, C 3 H 6, H 2 O. W zaleŝności od warunków prowadzania pirolizy rozróŝnia się pirolizę wolną (slow pyrolysis) i pirolizę szybką (flash pyrolysis). - aby osiągnąć z duŝą wydajnością produkty gazowe naleŝy prowadzić proces w wysokich temperaturach przy dostatecznie szybkim ogrzewaniu i długim czasie przebywania biomasy w reaktorze. - w pirolizie wolnej uzyskuje się 30% węgla drzewnego Stosowanie katalizatora w procesie pirolizy znacznie zwiększa udział wodoru w produktach gazowych. Dla przykładu stosowanie katalizatora ZnCl 2 w procesie pirolizy biomasy oliwnej w temperaturze 750 o C pozwala uzyskać 70 % wodoru w produktach gazowych. 12

13 FRAKCJE TYPOWEJ PIROLIZY DREWNA Temperatura reaktora [K] Karbonizat Olej Gaz Razem % wagowe ,1 65,5 10,2 99, ,4 65,7 11,1 98, ,9 66,0 14,6 99, ,3 67,0 14,9 99,2 SKŁAD GAZU Z PIROLIZY DREWNA Temperatura [K] CO CO 2 H 2 CH 4 C 2 H 6 % wag. C 2 H 4 C 3 H 8 C 3 H 6 Razem 673 3,75 6,02 0,018 0,21 0,05 0,05 0,03 0,05 10, ,20 6,32 0,022 0,35 0,05 0,08 0,02 0,08 11, ,76 6,61 0,022 0,58 0,09 0,26 0,05 0,19 14, ,71 6,86 0,023 0,69 0,16 0,26 0,04 0,45 14,9 Poleko, Poznań 22 listopada

14 Zgazowanie Dla przeprowadzenia procesu zgazowania potrzebne są wysokie temperatury rzędu o C i dla niektórych metod bardzo wysokie ciśnienia (nawet do 350 bar), tak jak dla zgazowania hydrotermalnego. Biorąc pod uwagę tylko trzy najwaŝniejsze pierwiastki (węgiel, wodór, tlen) wchodzące w skład struktury biomasy, wtedy z dobrym przybliŝeniem moŝna opisać proces zgazowania za pomocą jednego z wielu zestawów trzech niezaleŝnych reakcji chemicznych, w tym przypadku (2-4). C + O 2 CO 2 H = -393,7 kj/mol (1) C + CO 2 2CO H = 172,5 kj/mol (2) C + H 2 O H 2 + CO H = 131,4 kj/mol (3) C + 2H 2 CH 4 H = -74,88 kj/mol (4) Wzrost temperatury procesu przesuwa skład równowagowy wynikający z reakcji (2) i (3) w kierunku zwiększonego udziału wodoru i tlenku węgla, natomiast wzrost ciśnienia jest korzystny dla tworzenia się metanu. Dla zwiększenia efektywności procesu zgazowania wprowadza się katalizatory: Fe, Co, Ru, Rh, Zn, Ni, Pt, Pd, Al 2 O 3. W reaktorze ze złoŝem fluidalnym w zgazowaniu biomasy powietrzem, stosując katalizator Rh/CeO 2 /SiO 2, moŝna w temperaturze 600 o C uzyskać prawie całkowitą konwersję biomasy na gaz syntezowy. Poleko, Poznań, 22 listopada

15 ZGAZOWANIE z CaO ( SORBENTEM CO 2 ) Jedną z nowych metod zgazowania biomasy ukierunkowaną na produkcję wodoru jest zgazowanie w pojedynczym reaktorze, parą wodną z uŝyciem CaO jako sorbentu CO 2. C+ 2H 2 O + CaO 2H 2 + CaCO 3 (5) Proces zachodzi w temperaturach stosunkowo niskich ( o C), w którym wychodzący surowy gaz syntezowy jest natychmiast pozbawiany CO 2, w obecności CaO w stosunku [Ca]/[C] = 1,2 do 4. Największą ilość H 2 uzyskuje się dla stosunku [Ca]/[C] = 2 oraz przy ciśnieniu 6 bar. Biomasa, szczególnie drzewna, jest jednym z najczęściej stosowanych materiałów do produkcji wodoru w procesie zgazowania parą wodną z udziałem CaO. Poleko, Poznań, 22 listopada

16 Zgazowanie hydrotermalne Inną i nową metodą jest zgazowanie biomasy mokrej w warunkch około krytycznych wody (T c =374,15 o C, P c =22,14 MPa. Biomasa reaguje stosownie do reakcji (6) dla glukozy i reakcji (7) dla celulozy. C 6 H 12 O 6 + 6H 2 O 6CO 2 +12H 2 (6) C 6 H 10 O 5 + 7H 2 O 6CO 2 +12H 2 (7) W procesie zgazowania hydrotermalnego powstają wodór, tlenek węgla, znaczne ilości metanu i wyŝsze węglowodory. Proces zgazowania hydrotermalnego moŝna prowadzić dwoma metodami: Pierwsza polega na prowadzeniu procesu w niskich temperaturach o C przy zastosowaniu katalizatorów metalicznych (ZrO 2 ), które zwiększają efektywność reakcji. Natomiast w drugiej metodzie proces prowadzi się w wyŝszym zakresie temperatury ( o C), przy uŝyciu katalizatorów niemetalicznych (KOH, KHCO 3, K 2 CO 3 ). Poleko, Poznań, 22 grudnia

17 Składu surowego gazu syntezowego zaleŝy od: rodzaju biomasy, temperatury, ciśnienia, czynnika zgazowującego i warunków zgazowania Zgazowanie drewna parą wodną w temperaturze 850 o C, pod ciśnieniem atmosferycznym i dla stosunku pary wodnej do biomasy 1,4. Przy zastosowaniu powietrza zmniejsza się ilość pozyskanego wodoru na rzecz oczywiście azotu, który jest głównym składnikiem powietrza [%ob] H2 CO CO2 CH4 C2H4 Skład gazu Zgazowanie drewna powietrzem pod ciśnieniem 1 bar i w temperaturze 860 o C Jako czynnik zgazowujący stosuje się równieŝ tlen, który moŝna pozyskać z ogólnie dostępnego substratu jakim jest powietrze metodami: kriogenicznego (generatory tlenu) i nie-kriogenicznego (PSA) rozdziału. Pozytywem jest wzrost udziału wodoru w gazie syntezowym nawet czterokrotnie w stosunku do procesu zgazowania powietrzem. 40 [%obj] H2 CO CO2 CH4 CxHy N2 Skład gazu Serie1 17

18 Uzdatnianie i oczyszczanie gazu surowy gaz opuszcza reaktor z substancjami, palnymi, niepalnymi, uciąŝliwymi i szkodliwymi, uciąŝliwe: po kondensacji pary smoły i pary substancji mineralnych, pył (w tym ścierne SiO 2 i F 2 O 5 ), szkodliwe i korozyjne: związki siarki (H 2 S, CS 2 ), związki azotu (NH 3, HCN, NO x ), oczyszczanie mechaniczne (np. cyklon, filtr), oczyszczanie fizyczne (np. kolumna natryskowa) i oczyszczanie chemiczne (np. katalityczne wybiórcze utlenianie czy katalityczna konwersja smoły) regulacja składu gazu poprzez reakcję gazu wodnego (shift conversion), reformingi czy procesy separacyjne (np. adsorpcja zmienno-ciśnieniowa), 18

19 Pozytywy gazu ze zgazowania biomasy (surowy produkt gazowy i gaz syntezowy) GAZ SUROWY produkt gazowy uŝyty bezpośrednio do produkcji energii cieplnej, produkt gazowy uŝyty po oczyszczeniu w silnikach IC i turbinach, moŝliwość transportu rurociągami, łatwość kontroli i elastyczność i ciągłość operacji, czyste spalanie (zanieczyszczenia usunięto wcześniej), GAZ SYNTEZOWY (H 2 +CO) gaz syntezowy moŝe być uŝyty do produkcji związków chemicznych i paliw motoryzacyjnych, moŝliwość mieszania paliw syntetycznych z paliwami klasycznymi w celu optymalnych efektów spalania i ochrony środowiska. 19

20 Zgazowanie biomasy w kierunku produkcji energii i paliw BIOMASA nisko-temperaturowe zgazowanie ( o C) wysoko-temperaturowe zgazowanie ( o C) katalityczne zgazowanie Surowy gaz syntezowy CO, H 2, CH 4, C x H Y, N 2, CO 2, H 2 O, substancje szkodliwe, Kraking termiczny, reforming i separacja SNG Gaz syntezowy CO, H 2 Elektryczność Ciepło Wodór FT diesel FT benzyna (olefiny) Metanol Etanol i wyŝsze alkohole DME Elektryczność Ciepło 20

21 BIOMASA ZGAZOWANIE [T, p, czynnik zgazowania] REFORMING parą wodną, tlenem i autotermiczny surowy gaz syntezowy H 2, CO, CO 2, H 2 O, CH 4 zw. siarki azotu i sadza amoniak róŝne syntezy chemiczne np. fosgen oczyszczanie CO i przygotowywanie gazu H paliwo 2 SNG produkty wodorowe i uwodorowienia DME alkohole wyŝsze gaz syntezowy CO+H 2 Synteza Fischer - Tropsch olej syntetyczny MTBE TAME metanol aldehydy lekkie węglowodory benzyna syntetyczna inne paliwa syntetyczne estry inne produkty paliwa ETBE etanol TAEE inne chemikalia parafiny woski olefiny nawozy Bez względu na warunki i zakres zgazowania biomasy zawsze otrzymuje się surowy gaz syntezowy, w którym podstawowymi substancjami są wodór, tlenek węgla, dwutlenek węgla para wodna i w niŝszych temperaturach metan. 21

22 Produkty gazu syntezowego (syngaz) (prawie wszystkie procesy są katalizowane) Biomasa (proces zgazowania) gazowe produkty Produkty gazowe (H 2, CO, CH 4, CO 2, H 2 O, N 2, ) (oczyszczanie i reforming ) gaz syntezowy (H 2 +CO) metanizacja) SNG (zastępczy gaz ziemny) (homogeniczna reakcja gazu wodnego) wodór Gaz syntezowy metanol, etanol i cięŝsze alkohole, DME (dwumetyloeter), produkty Fischer-Tropsch a (diesel i benzyna) Metanol paliwa: etanol, DME, benzyna, diesel, FAME (fatty acid methyl esters - diesel z estryfikacji olejów, np. na bazie rzepaku) dodatki motoryzacyjne: MTBE (eter metylowo-t-butylowy), TAME (eter metylowo-t-amylowy), DMM (metylal; dwumetoksy metan), Etanol DME Wodór TBA (tert-butanol) dodatki motoryzacyjne: ETBE (eter etylowo-t-butylowy), TAEE (eter etylowo-t-amylowy) benzyna, LBG (propan-butany) metanol, etanol, DME, węglowodory 22

23 Rola gazu syntezowego 4% 8% 1% 11% 53% amoniak gaz rafineryjny (H2) metanol elektryczność GTL inne Obecny światowy rynek gazu syntezowego 23% 1% 1% 6% 3% 1% amoniak 39% 49% gaz rafineryjny (H2) metanol BtL BtCh GtL elektryczność Przewidywany rynek gazu syntezowego w Source:Handbook of Biomass Gasification (ed. H.A.M. Knoef) Biomass Technology Group, The Netherlands, 2005.

24 Reaktory do zgazowania (zgazowarki) Podział reaktorów stosownie do: Typu procesów i reaktorów: złoŝe stałe (dolny i górny odbiór), złoŝe fluidalne, w tym cyrkulacja, złoŝe w przepływie i zasilanie podwójne. czynnika zgazowującego: powietrze, tlen, para wodna i ich mieszaniny, relacji cieplnych w procesie zgazowania: - allotermiczne, autotermiczne, ogrzewanie bezpośrednie i pośrednie, -ŜuŜel (stopiony popiół) i popiół parametry stanu: - ciśnienie: atmosferyczne, podwyŝszone, - temperatury: niskie i wysokie Reaktor współprądowy z dolnym odbiorem produktów Source:]. Ericson J.C Overview of thermochemical biorefinery technologies, International Sugar Journal, 109(1299), (2007). 24

25 25

26 Przepływ ciepła i reakcje chemiczne w procesie zgazowania z dolnym odbiorem surowego gazu BIOMASA CIEPŁO Źródło :Handbook of Biomass Gasification (ed. H.A.M. Knoef) Biomass Technology Group, The Netherlands,

27 Wybrane typy reaktorów zgazowania biomasy 27

28 Zalety i wady reaktorów zgazowania Typ reaktora ZłoŜe stałe (górny odbiór gazu) ZłoŜe stałe (dolny odbiór gazu) ZłoŜe fluidalne Cyrkulacyjne złoŝe fluidalne ZłoŜe przepływowe Ukierunkowania przemyślane cieplnie, zastosowanie małych jednostek, duŝa wilgotność biomasy i brak węgla w popiele zastosowanie małych jednostek, małe cząsteczki wsadu, niska ilość smoły zastosowanie duŝych jednostek, charakterystyczny wsad, bezpośrednie i pośrednie ogrzewanie, moŝliwa produkcja syngazu zastosowanie duŝych jednostek, charakterystyczny wsad, bezpośrednie i pośrednie ogrzewanie, moŝliwa produkcja syngazu, większa ilość wsadu róŝno-wymiarowy (skalowany), niska ilość smoły, moŝliwa produkcja syngazu, większa ilość wsadu Ograniczenia rozmiary wsadu ograniczone, duŝa zawartość smoły, ograniczenie skali, gaz surowy, moŝliwość stopienia wymiary wsadu ograniczone, ograniczenie skali, gaz surowy, czuły na wilgoć średnia ilość smoły, większa ilość wsadu średnia ilość smoły, duŝa ilość gazu nośnego, duŝa ilość pyłu węglowego, ograniczone rozmiary cząsteczek 28

29 Reaktor Typ Czynnik ZaleŜność składu gazu (800 o C) od czynnika zgazowującego i reaktora Politechnika w Wiedniu Pośredni fluidalny para wodna Uniwersytet Brukselski Fluidalny powietrze Uniwersytet w Zaragosie ZłoŜe stałe dolny odbiór powietrze USEPA ZłoŜe stałe górny odbiór powietrze IGT Ciśnieniowy fluidalny tlen/para Mater. nośn. krzemionka krzemionka - - aluminium Wsad wióry z drewna wióry z drewna wióry z drewna wióry z drewna wióry z drewna Skład gazu H 2 31, ,12 CO 22, ,5 14,8 11,07 CO 2 27, ,4 12,8 28,88 N2 2,8 róŝnica 44,4 28,9 27,77 CH 4 11, ,3 4,9 11,21 C brak inf. brak inf. 1,95 29

30 Wybrane instalacje zgazowania do produkcji ciepła, elektryczności i paliw; przykłady Kymiarvi Power Station, (40-70 MW th ), Lahti, Finlandia (CFB (fluidalne złoŝe w cyrkulacji) instalacja zgazowania atmosferycznego połączona ze spalaniem) Enamora Plant, (750 kw e ) Hiszpania (wrzące złoŝe fluidalne w połączeniu z silnikami gazowymi) Carbo-V (150 kwe), Niemcy (trój-stopniowe zgazowanie, przeznaczone do: silników, produkcji metanolu i cieczy Fischer-Tropsch a) Waste Gasification Plant, Greve-in Chianti, (6.7 MW e ), Włochy, (reaktor CFB w cementowni i produkcja energii elektrycznej dla sektora komunalnego) SWZ Schwartze Pumpe GmbH, (75 MWe), Niemcy, (3 rodzaje zgazowarek produkujące energię elektryczną i metanol) The Vermont Silva Gas, Burlington plant, (8-9 MW e ), USA (pośrednie zgazowanie CFB z współspalaniem w kotle parowym i w cyklu pary wodnej) CHP Harboore Plant, (3.4 MW th, 1.4 MW e ), Dania, (górno-odbiorowa zgazowarka w złoŝu stałym w połaczeniu z silnikiem gazowym) CHP Gussing Plant, (4.5 MW th, 2 MW e ), Austria, (FICFB (szybki wewnetrzny CFB) połączony z silnikiem gazowym) Varnamo Plant, (9 MWth, 6 MWe), Szwecja (ciśnieniowe zgazowanie CFB z z układem IGCC (Integrated Gasification Combined Cycle) 30

31 Reaktory - złoŝe stałe Źródło:ECN(Energy research Centre of the Netherlands 31

32 Reaktory przepływowe Źródło:ECN 32

33 Reaktory - złoŝe fluidalne Źródło:ECN 33

34 PODSUMOWANIE Efektywność zgazowania zaleŝy od rodzaju surowca, technologii, skali produkcji i maksymalnego wykorzystania dostępnych ilości róŝnych rodzajów biomasy. W obecnej chwili pozyskanie gazu syntezowego z biomasy nie jest konkurencyjne w stosunku do metody reformingu parowego gazu ziemnego (metanu) i zapewne w najbliŝszym czasie jeszcze nie będzie. JednakŜe naleŝy pamiętać, iŝ zapotrzebowanie na cele energetyczne w świecie będzie wzrastało i to w bardzo szybkim tempie, przy jednoczesnym spadku zasobów ropy naftowej i gazu ziemnego. W związku z powyŝszym szuka się nowych metod i źródeł pozyskiwania wodoru z innych paliw TAKĄ ALTERNATYWĄ MOśE BYĆ BIOMASA, głównie pod kątem produkcji lokalnej dla energetyki rozproszonej. 34

35 Dziękuję za uwagę 35

36 Zastosowanie biopaliw II-giej generacji 36

37 Energetyczne zastosowania produktów pozyskanych ze zgazowania biomasy Source: Specht M., Why biofuels? An introduction into the topic, 1 st European Summer School on Renewable Motor Fuels, Brikenfeld, Germany, August 2005 Wodór Paliwo Produkty gazowe ze zgazowania biomasy Gaz syntezowy Zastosowania ciepło, elektryczność, CHP, kotły, ICEs (Inner Combustion Engines), ogniwa paliwowe, turbiny gazowe, kompresory i pompy cieplne jak powyŝej i produkcja paliw II-giej generacji Paliwa czyste ogniwa paliwowe, przeznaczony dla ICEs i turbin gazowych SNG Synthetic gasoline Synthetic diesel EtOH (E100) MeOH (M100) DME przeznaczony do wszystkich NG pojazdów i turbin gazowych do istniejących silników Otto do istniejacych silników diesla i przeznaczony dla ICEs przeznaczony dla ICEs i ogniw paliwowych przeznaczony dla ICEs (Otto and Diesel) i ogniw paliwowych przeznaczony dla silników diesla 37

38 MoŜliwe dodatki motoryzacyjne z biomasy Dodatki do paliw konwencjonalnych ETBE w benzynie (< 15 % obj. ETBE) MTBE w benzynie (< 15 % obj. MTBE) TAME w benzynie TBA w benzynie TAEE w dieslu ETBE w dieslu Wszystkie istniejące pojazdy z silnikami Otto przeciwdziała separacji faz brak danych brak danych 38

39 Etanol w benzynie Metanol w benzynie Metanol w dieslu Etanol w dieslu MoŜliwość zastosowania paliw z gazu syntezowego Mieszanie z paliwami konwencjonalnymi Paliwa Wodór (<20 obj.%) w gazie ziemnym) SNG w gazie ziemnym (0-100 vol. %) Eter ETBE w benzynie Eter MTBE w benzynie E5 (5 obj. % EtOH) E10 (gashol) E22 E85 E95 Syntetyczna benzyna w tradycyjnej benzynie (0-100 obj.%) <15 vol. %ETBE <15%vol. % MTBE M3 (3 vol.% MeOH) M15 M85 Diesohol (<15% vol. of MeOH) Diesohol (<15% vol of EtOH) Syntetyczny diesel w konwencjonalnym dieslu (0-100vol. %) used in USA used in Brazil all gasoline vehicles ethanol flexible fuel vehicles dedicated ICEs Zastosowanie adapted NG ICEs, fuel cells all NG (natural gas) vehicles all existing gasoline vehicles all existing vehicles with Otto engines all existing vehicles with Otto engines existing Otto engines, added TPA vehicles with modified Otto engines MeOH flexible fuel vehicles vehicles with diesel engine, nor or little engine modification is needed and an emulsifier is necessary 39 all existing vehicles with diesel engines

40 Rola składników gazu syntezowego i biogazu w zasilaniu róŝnego typu ogniw paliwowych Nisko-temperaturowe ogniwa paliwowe (FC) Wysoko-temperaturowe FC Typ ogniwa paliwowego AFC* PAFC* PEMFC* MCFC* SOFC* Temperaturae / o C Składnik gazowy H 2 Paliwo Paliwo Paliwo Paliwo Paliwo CO Trucizna Trucizna (<500 ppm) Trucizna (<50 ppm) Paliwo Paliwo CH 4, C n H m Trucizna Gaz obojętny Gaz obojętny Gaz obojętny /Paliwo Paliwo CO 2 Trucizna Obojętny gaz Obojętny gaz Reagent pośredni Gaz obojętny H 2 S, COS Trucizna Trucizna (<500 ppm) Brak informacji Trucizna (<0,5 ppm) Trucizna (<1,0 ppm) NH 3 Paliwo Trucizna Trucizna Paliwo Paliwo CH 3 OH Trucizna Obojętna ciecz Paliwo Paliwo Paliwo * Ogniwa paliwowe; AFC- alkaliczne, PAFC- fosforowe, PEMFC membranowe, MCFC- węglanowe, SOFC- tlenkowe 40

41 Układ zgazowania biomasy w połączeniu z węglanowym ogniwem paliwowym (MCFC) Source:H. Morita et. al., Journal of Power Sources 138, (2004) 41

42 Paliwa do ogniw z termochemicznego przetwórstwa biomasy 42